طور مهندسون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو تقنية جديدة للمجهر تعتمد على الذكاء الاصطناعي، تسمح بمراقبة العمليات الداخلية للخلايا الحية في الوقت الفعلي بدقة عالية. ونُشرت هذه الدراسة، التي يقودها الأستاذ زاوهاو Liu في كلية جاكوبس للهندسة، في مجلة طبيعة الاتصالات. تتيح هذه الطريقة التقاط صور أكثر حدة بمرتين مقارنة بالمجاهر التقليدية، مع سرعة كافية لتشغيلها كفيديو سلس، مما يجعل المجهريات المتطورة عملية للاستخدام اليومي في المختبرات البحثية. تعتمد التقنية، التي أطلق عليها اسم UBSIM (مجهر الإضاءة المهيكل الأعمى غير المفكك)، على تحسين طريقة تصوير راسخة تُعرف باسم مجهر الإضاءة المهيكل (SIM). تعمل هذه الطريقة التقليدية بإضاءة العينة بأنماط ضوئية محددة ودمج عدد قليل من الصور لزيادة التفاصيل. وتُعد SIM مثالية لدراسة الخلايا الحية لأنها سريعة ولا تعرض الخلايا لضوء قد يضرها. إلا أن التحديات كانت تقف حائلاً أمام دقة النتائج؛ فأنظمة SIM الدقيقة تتطلب معايرة دقيقة للغاية للأنماط الضوئية، وأي خطأ بسيط يقلل الجودة. وفي المقابل، الأنظمة الأبسط التي تستخدم أنماطًا ضوئية عشوائية كانت بطيئة جدًا في معالجة الصور، حيث قد تستغرق ثوانٍ أو دقائق لكل إطار، مما يمنع المراقبة الحية. لتجاوز هذه العقبات، دمج الفريق الذكاء الاصطناعي في عملية إعادة بناء الصور دون التضحية بالدقة الفيزيائية. تنتج خوارزمية UBSIM صورًا عالية الجودة أسرع بمئات أو آلاف المرات من الأنظمة السابقة، مع الحفاظ على بنية الأجهزة البسيطة. هذا يسمح للعلماء برؤية التفاصيل الدقيقة فور التقاطها دون انتظار معالجة ممتدة. والأهم من ذلك، أن النموذج مبني على الفيزياء الكامنة وراء تكوين الصور، مما يلغي خطر إدخال تفاصيل خاطئة أو وهمية، وهو ما يُعرف بظاهرة "هلوسة الذكاء الاصطناعي". أكدت زكريا بيرنز، الطالب الدكتوراه الأول في الدراسة، أن أبرز إنجاز للخوارزمية هو إزالة التشوهات والوهميات التي تظهر في النماذج التقليدية القائمة على الشبكات العصبية، حيث قد تخترع تلك النماذج هياكل غير موجودة. ويضيف بيرنز أن دمج الفيزياء البصرية يزيل هذه المشكلات ويضمن للباحثين الثقة في أن الهياكل التي يرونها داخل الخلية حقيقية. في تجارب معملية على خلايا حية، أنتجت UBSIM فيديو عالي الدقة بسرعة تصل إلى 50 إطارًا في الثانية. أظهرت هذه اللقطات تغيرات سريعة في الهياكل الخلوية مثل الشبكة الإندوبلازمية فور حدوثها. ويوضح زاوهاو Liu أن هذه التقنية تجعل التصوير فائق الدقة بنفس سهولة المجهر الضوئي التقليدي، حيث يمكن إعادة بناء الصور وعرضها في الوقت الفعلي دون أي تدقيق خارجي. وهذا يحسن بشكل كبير تجربة المستخدمين وفعالية استخدام المجهريات فائقة الدقة في تحقيق الاكتشافات العلمية الجديدة.